- RoHS Status : RoHs Complient

 

MENDETEKSI DETAK JANTUNG DENGAN SENSOR HEART BEAT

            Kami membuat rangkaian ini terinspirasi dari gambar diatas, dimana gambar tersebut diambil dari buku kimia halaman 873.

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan

5. Gambar Rangkaian

6. Prinsip Kerja Rangkaian

7. Video Simulasi

8. Link Download 

1. Tujuan  [back]

- Memahami prinsip kerja dari rangkaian sensor heart beat.

- Membuat sebuah rangkaian sensor heart beat.

- Memenuhi tugas mata kuliah kimia dasar

2. Alat dan Bahan  [back]

Berikut komponen yang di gunakan :

1. Baterai 9 Volt atau Power Supply

 

        Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik.

Baterai bertujuan untuk memberikan tenaga listrik ke rangkaian agar rangkaian dapat hidup dengan baik.        

        Baterai atau Power Supply bertujuan untuk memberikan tenaga listrik ke rangkaian agar rangkaian dapat hidup dengan baik.

2. Transistor

Spesifikasi :

- Bi-Polar NPN Transistor

- DC Current Gain (hFE) is 800 maximum

- Continuous Collector current (IC) is 500mA

- Emitter Base Voltage (VBE) is 5V

- Base Current(IB) is 5mA maximum

- Available in To-92 Package

Konfigurasi Pin :

Pin 1 : Collector

Pin 2 : Base

Pin 3 : Emitter

3. Heart Beat Sensor

Spesifikasi :

- Akuisisi detak jantung menggunakan modul pulse heart rate sensor SEN 11574 

- Penyimpan data menggunakan modul micro SD Card TF Card reader 

- Catu daya menggunakan tegangan DC 5 Volt 

- Detak jantung dideteksi pada jari tangan kanan atau tangan kiri 

- Sistem dapat mendeteksi detak jantung dari 50 bpm sampai dengan 200 bpm dengan toleransi: ± 1 bpm.         

4.LED

 

Tegangan kerja / jatuh tegangan pada sebuah menurut warna yang dihasilkan:

1. Infra merah : 1,6 V
2. Merah : 1,8 V – 2,1 V
3. Oranye : 2,2 V
4. Kuning : 2,4 V
5. Hijau : 2,6 V
6. Biru : 3,0 V – 3,5 V
7. Putih : 3,0 – 3,6 V
8. Ultraviolet : 3,5 V

5. Resistor

                                                    

Spesifikasi :

- Resistance (Ohms) : 220 V

- Power (Watts) : 0,25 W, ¼ W

- Tolerance : ± 5%

- Packaging : Bulk

- Composition : Carbon Film

- Temperature Coefficient : 350ppm/°C

- Lead Free Status : Lead Free

- RoHS Status : RoHs Complient      

6. Buzzer

Spesifikasi :

- Rated Voltage : 6V DC

- Operating Voltage : 4 to 8V DC

- Rated Current* : ≤30mA

- Sound Output at 10cm* : ≥85dB

- Resonant Frequency : 2300 ±300Hz

- Tone : Continuous

- Operating Temperature : -25°C to +80°C

- Storage Temperature : -30°C to +85°C

- Weight : 2g

Konfigurasi Pin :

Pin 1 : Positive

Pin 2 : Negative

7. Relay

                    

Spesifikasi :

- Trigger Voltage (Voltage across coil) : 5V DC

- Trigger Current (Nominal current) : 70mA

- Maximum AC load current: 10A @ 250/125V AC

- Maximum DC load current: 10A @ 30/28V DC

- Compact 5-pin configuration with plastic moulding

- Operating time: 10msec Release time: 5msec

- Maximum switching: 300 operating/minute (mechanically)

Konfigurasi Pin

- Coil End 1 : Used to trigger(On/Off) the Relay, Normally one end is connected to 5V and the other        end to ground.

- Coil End 2 : Used to trigger(On/Off) the Relay, Normally one end is connected to 5V and the other        end to ground.

- Common (COM) : Common is connected to one End of the Load that is to be controlled.

- Normally Close (NC) : The other end of the load is either connected to NO or NC. If connected to NC    the load remains connected before trigger.

- Normally Open (NO) : The other end of the load is either connected to NO or NC. If connected to NO    the load remains disconnected before trigger.

3. Dasar Teori [back]

            Kami membuat rangkaian ini terinspirasi dari gambar diatas, dimana gambar tersebut diambil dari buku kimia halaman 873.

- BATERAI

simbol baterai

        Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. Hampir semua perangkat elektronik yang portabel seperti Handphone, Laptop, Senter, ataupun Remote Control menggunakan Baterai sebagai sumber listriknya. Dengan adanya Baterai, kita tidak perlu menyambungkan kabel listrik untuk dapat mengaktifkan perangkat elektronik kita sehingga dapat dengan mudah dibawa kemana-mana. Dalam kehidupan kita sehari-hari, kita dapat menemui dua jenis Baterai yaitu Baterai yang hanya dapat dipakai sekali saja (Single Use) dan Baterai yang dapat di isi ulang (Rechargeable).

        Baterai dalam sistem PV mengalami berulang kali siklus pengisian dan pengosongan selama umur pakainya. Siklus hidup (cycle life) baterai adalah banyaknya pengisian dan pengosongan hingga kapasitas baterai turun (melemah) dan tersisa 80% dari kapasitas nominalnya. Pabrik baterai biasanya mencantumkan siklus hidup pada spesifikasi teknis baterai. Mencantumkan satu nilai siklus hidup (cycle life) sebenarnya terlalu menyederhanakan informasi, karena siklus hidup baterai juga tergantung pada suhu baterai.

        Dari grafik di atas, terlihat pada suhu operasional baterai yang lebih rendah, siklus hidup baterai lebih lama. Siklus hidup baterai juga tergantung dari DoD, artinya baterai yang dikosongkan hanya 50% dari kapasitasnya, berumur lebih lama jika dikosongkan hingga 80%, namun membuat sistem menjadi lebih mahal, karena membutuhkan kapasitas baterai lebih besar untuk mengakomodasi kebutuhan yang sama.

    Jika pada suhu operasional lebih rendah, umur baterai lebih lama,  namun ada efek negatif berkaitan dengan kapasitas baterai. Pada suhu  yang lebih rendah, kapasitas baterai menjadi lebih rendah. Hal ini disebabkan karena pada suhu yang lebih tinggi, reaksi kimia yang terjadi pada baterai bergerak lebih aktif/cepat, sehingga kapasitas baterai cenderung lebih tinggi.

    Terkadang, pada suhu yang lebih tinggi, kapasitas baterai justru dapat lebih besar dari angka nominalnya, meskipun pada suhu tinggi, elemen baterai terlalu aktif, juga berakibat buruk pada kesehatan baterai.

- TRANSISTOR

        Transistor adalah komponen semikonduktor yang memiliki berbagai macam fungsi seperti sebagai penguat, pengendali, penyearah, osilator, modulator dan lain sebagainya. Transistor merupakan salah satu komponen semikonduktor yang paling banyak ditemukan dalam rangkaian-rangkaian elektronika. Boleh dikatakan bahwa hampir semua perangkat elektronik menggunakan Transistor untuk berbagai kebutuhan dalam rangkaiannya. 

                                 

    Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.

        Terminal transistor memerlukan tegangan DC tetap untuk beroperasi di daerah yang diinginkan dari kurva karakteristiknya. Ini dikenal sebagai biasing. Untuk aplikasi amplifikasi, transistor bias sehingga sebagian untuk semua kondisi input. Sinyal input pada basis diamplifikasi dan diambil pada emitor. BC548 digunakan dalam konfigurasi emitor umum untuk amplifier. Pembagi tegangan adalah mode bias yang umum digunakan. Untuk aplikasi switching, transistor bias sehingga tetap penuh jika ada sinyal di dasarnya. Dengan tidak adanya sinyal dasar, itu benar-benar mati.

        Dengan sebuah transistor tipikal, grafik arus kolektor versus arus basis akan terlihat sebagaimana berikut ini 

        Terdapat sebuah hubungan linear (garis lurus) antara arus baris dengan arus kolektor. Dengan kata lain : Arus kolektor secara langsung berbanding lurus dengan arus basis.

- SENSOR HEARTBEAT SENSOR

        Hear Beat Sensor merupakan suatu sensor kesehatan yang digunakan untuk memantau kondisi dan denyut jantung.Cahaya menyinari kulit Anda, dan sensor mengukur jumlah cahaya yang dipantulkan kembali. Pantulan cahaya akan bervariasi saat darah berdenyut di bawah kulit melewati cahaya.

Sensor ini telah diintegrasikan sejumlah fungsi komponen yaitu sensor infrared, detektor cahaya, rangkaian filter, rangkaian penguat sinyal dan komponen proteksi rangkaian. Skematik diagram sederhana ditunjukkan pada Gambar 3.

                          

Gambar 3. Skematik diagram modul pulse heart rate sensor

(Sumber: Murphy, 2012)

Pulse heart rate sensor pada dasarnya menggunakan prinsip kerja photoplethysmography, dimana merupakan metoda optis yang relatif sederhana dan murah untuk mendeteksi secara non-invasive perubahan volume darah setiap jantung berdetak pada jaringan pembuluh darah (Allen, 2007). Sinyal yang dihasilkan oleh sensor menghasilkan gelombang yang dinamakan photoplethysmogram (PPG) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. PPG dalam dunia medis digunakan untuk pengukuran respiratory rate (pernafasan) dan heart rate (detak jantung). Saat jantung memompa darah ke seluruh tubuh, setiap denyut yang terjadi disertai dengan munculnya gelombang pulsa seperti gelombang kejut yang merambat melalui arteri hingga ke lapisan kapiler tangan (jemari) tempat pulse heart rate sensor dipasang.

                            

Gambar 4. Contoh bentuk sinyal Photoplethysmogram

(Sumber: Murphy,dkk, 2018)

Sistem Perekam Detak Jantung Berbasis Pulse Heart Rate Sensor pada Jari Tangan ELKOMIKA – 349 Photodiode yang sudah terintegrasi dalam komponen APDS 9008 digunakan sebagai penangkap gelombang cahaya yang dipancarkan oleh Infra Red (IR). Metoda pengukuran detak jantung pada pembuluh darah jari tangan pada sistem ini menggunakan metoda refleksi, dimana IR sebagai sumber cahaya dipasangkan sejajar dengan Photodiode sebagai sensor cahaya, seperti ditunjukkan pada Gambar 5. Sinyal atau perubahan yang diterima oleh Photodiode adalah pantulan cahaya dari IR. Photodiode mengubah besarnya intensitas cahaya yang diterima menjadi arus listrik. Besar kecilnya cahaya yang diterima berdasarkan pantulan cahaya dari IR yang dipancarkan ke pembuluh darah pada jari tangan.

                                   

Gambar 5. Metoda pendeteksian detak jantung dengan metode refleksi

(Sumber: Udupa & Aroul, 2014)

Arus listrik yang dihasilkan oleh komponen APDS-9008 kemudian diubah menjadi tegangan listrik di titik TP0 dengan menggunakan sebuah resistor 12 kΩ. Tegangan listrik ini kemudian disaring untuk menghilangkan tegangan DC dan diperkecil tegangannya dengan menggunakan kapasitor C1 dan C2. Sinyal ini kemudian dihubungkan rangkaian differensiator op-amp dengan frekuensi cut-off 3,38 Hz yang dihasilkan oleh kapasitor C3 dan R5. Rangkaian differensiator ini akan berfungsi ganda yaitu sebagai differensiator dan sebagai penguat inverting. Rangkaian akan berfungsi sebagai differensiator jika frekuensi sinyal input pada TP1 lebih kecil dari frekuensi cut-off atau rangkaian akan berfungsi sebagai penguat inverting jika frekuensi sinyal input pada TP1 lebih besar dari frekuensi cut-off. Sinyal pada TP1 kemudian dihubungkan dengan komponen C4 dan resistor R3 untuk difilter kembali dengan frekuensi cut-off 0,72 Hz. Dengan kata lain, rangkaian ini akan menfilter sinyal sesuai dengan detak jantung manusia pada umumnya yaitu lebih kurang 43 sampai dengan 200 beat per minute (bpm). Komponen resistor R3 dan R4, berfungsi juga sebagai pembagi tegangan untuk menghasilkan tegangan bias untuk sinyal TP1 sehingga memiliki sinyal dengan tegangan offset sebesar setengah dari tegangan catu daya (Vcc) yang diberikan. Sinyal tersebut kemudian dikondisikan dengan rangkaian differensiator op-amp sesuai dengan frekuensi sinyal input yang mengalir pada rangkaian. Jika rangkaian differensiator ini berfungsi sebagai penguat, maka akan menghasilkan penguat inverting dengan penguatan sebesar 330 kali. Tegangan keluaran (Vout) dari modul ini berupa level tegangan DC yang memenuhi persyaratan untuk diproses lebih lanjut oleh modul pemroses sinyal Arduino Nano melalui pin input analog (A0).

Rumus menghitung kecepatan detak jantung 

Kecepatan Detak Jantung = jumlah detak jantung / 60 detik

- LED

        Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

Tabel. Warna dan Material LED

	Warna	Panjanggelombang [nm]	Material semikonduktor
	Infrared	λ > 760	Gallium arsenide (GaAs)Aluminium gallium arsenide (AlGaAs)
	Red	610 < λ < 760	Aluminium gallium arsenide (AlGaAs)Gallium arsenide phosphide (GaAsP)Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)Gallium(III) phosphide (GaP)
	Orange	590 < λ < 610	Gallium arsenide phosphide (GaAsP)Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)Gallium(III) phosphide (GaP)
	Yellow	570 < λ < 590	Gallium arsenide phosphide (GaAsP)Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)Gallium(III) phosphide (GaP)
	Green	500 < λ < 570	Indium gallium nitride (InGaN) / Gallium(III) nitride (GaN)Gallium(III) phosphide (GaP)Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)Aluminium gallium phosphide (AlGaP)
	Blue	450 < λ < 500	Zinc selenide (ZnSe)Indium gallium nitride (InGaN)
	Violet	400 < λ < 450	Indium gallium nitride (InGaN)
	Purple	multiple types	Dual blue/red LEDs, blue with red phosphor, or white with purple plastic
	Ultraviolet	λ < 400	Diamond (235 nm) Boron nitride (215 nm) Aluminium nitride (AlN) (210 nm) Aluminium gallium nitride (AlGaN)Aluminium gallium indium nitride (AlGaInN) – (down to 210 nm)
	Pink	multiple types	Blue with one or two phosphor layers: yellow with red, orange or pink phosphor added afterwards, or white with pink pigment or dye.
	White	Broad spectrum	Blue/UV diode with yellow phosphor

- RESISTOR

                        

        Resistor atau hambatan adalah salah satu komponen elektronika yang memiliki nilai hambatan tertentu, dimana hambatan ini akan menghambat arus listrik yang mengalir melaluinya. Sebuah resistor biasanya terbuat dari bahan campuran Carbon. Namun tidak sedikit juga resistor yang terbuat dari kawat nikrom, sebuah kawat yang memiliki resistansi yang cukup tinggi dan tahan pada arus kuat. Contoh lain penggunaan kawat nikrom dapat dilihat pada elemen pemanas setrika. Jika elemen pemanas tersebut dibuka, maka terdapat seutas kawat spiral yang biasa disebut dengan kawat nikrom.

Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan Hukum OHM :

Dimana V adalah tegangan,  I adalah kuat arus, dan R adalah Hambatan.

Di dalam resistor, terdapat ketentuan untuk membaca nilai resistor yang diwakili dengan kode warna dengan ketentuan di bawah ini :

Sebagian besar resistor yang kita lihat memiliki empat pita berwarna . Oleh karena itu ada cara membacanya seperti ketentuan dibawah ini :

1. Dua pita pertama dan kedua menentukan nilai dari resistansi

2. Pita ketiga menentukan faktor pengali, yang akan memberikan nilai resistansi.

3. Dan terakhir, pita keempat menentukan nilai toleransi.

- BUZZER

        Buzzer Listrik adalah sebuah komponen elektronika yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara. Pada umumnya, Buzzer yang merupakan sebuah perangkat audio ini sering digunakan pada rangkaian anti-maling, Alarm pada Jam Tangan, Bel Rumah, peringatan mundur pada Truk dan perangkat peringatan bahaya lainnya. Jenis Buzzer yang sering ditemukan dan digunakan adalah Buzzer yang berjenis Piezoelectric, hal ini dikarenakan Buzzer Piezoelectric memiliki berbagai kelebihan seperti lebih murah, relatif lebih ringan dan lebih mudah dalam menggabungkannya ke Rangkaian Elektronika lainnya. Buzzer yang termasuk dalam keluarga Transduser ini juga sering disebut dengan Beeper.

- RELAY

                      

        Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A.

Grafik

4. Percobaan [back]

a. Prosedur Percobaan

 1. Susunlah semua komponen yang telah disiapkan seperti gambar         berikut

        2. Sambungkan setiap rangkaian seperti gambar berikut.

    

        3. Jalankan simulasi rangkaian di proteus, pastikan rangkaian                   dapat berjalan

b. Gambar Rangkaian  [back]

c.Prinsip Kerja Rangkaian  [back]

• Ketika sensor heart beat berlogika 0

Saat logicstate menunjukan angka nol artinya sensor tidak mendeteksi denyut atauu detak jantung, dengan begitu output dikeluarkan akan berlogikakan nol (low) sehingga base transistor yang terhubung dengan sensor heart beat tidak mengalami bias positif, dengan demikian arus pada LED terputus, sehingga LED mati.

• Ketika sensor heart beat berlogika 1

Saat logicstate menunjukan angka satu artinya sensor mendeteksi denyut atau detak jantung, dengan begitu output yang dikeluarkan akan berlogikakan satu sehingga base transistor yang terhubung dengan sensor heart beat mengalami bias positif, dengan deemikian arus pada LED akan terhubung, sehingga LED menyala.

d. Video Simulasi [back]

e. Link download [back]

1. Download Datasheet Sensor Heart Beat Di Sini

2. Download File Rangkaian Di Sini

3. Download Video Simulasi Di Sini

4. Download File HTML Di Sini

5. Download Library Sensor Heart Beat Di Sini